Interfaces de Usuario Inteligentes: Pasado, Presente y Futuro

Interfaces de Usuario Inteligentes: Pasado, Presente y
Futuro
Víctor López, Francisco Montero, José P. Molina, Pascual González
Laboratorio de Interfaces de Usuario e Ingeniería del Software (LoUISE)
Instituto de Investigación en Informática (I3A)
Universidad de Castilla-La Mancha, 02071 Albacete, España
{ victor | fmontero | jpmolina | pgonzalez }@dsi.uclm.es
Resumen. Cuando en 1956 en la conferencia de Dartmouth se lanzó el reto de
crear máquinas que fueran capaces de simular las distintas facetas de la
inteligencia humana, sin duda una de las facetas más destacables en las que se
pensaba era la de la comunicación. La simulación de las capacidades de
comunicación por parte de una máquina implica la capacidad de realizar actos
de comunicación, no sólo con otras máquinas, sino también con seres humanos.
En este artículo se analiza la evolución de las interfaces de usuario con un cierto
grado de inteligencia, donde la máquina trata de comunicar a través de la
interfaz la información que considera de relevancia. De igual manera, se
analizan las tendencias actuales dentro del campo de investigación de la
Inteligencia Artificial (IA) aplicada a la Interacción Persona-Ordenador (IPO),
así como hacia dónde nos encaminan las actuales propuestas en dicho campo.
1 Introducción
La IA trata de simular las capacidades humanas mediante el uso de máquinas. Este
reto lanzado en la famosa conferencia de Dartmouth en 1956 ha concentrado una
enorme cantidad de esfuerzo dentro de la comunidad investigadora en los últimos 50
años. Aunque después de estos años no se han alcanzado las eufóricas predicciones
lanzadas tras dicha conferencia, múltiples avances en la simulación de las capacidades
humanas en máquinas avalan la evolución del campo científico de la IA.
Un campo imprescindible para la simulación de las capacidades humanas es la
comunicación. La comunicación en este escenario puede realizarse entre distintas
máquinas o entre máquinas y seres humanos. Es en este segundo caso donde surge la
disciplina IPO, la cual estudia el análisis, diseño, implementación y evaluación de la
interfaz de usuario (IU), prestando especial atención a la comunicación entre la
máquina y el ser humano. Una IU es una faceta muy importante de cualquier sistema,
si ésta es apropiada hará que el usuario se sienta cómodo con la máquina. Del mismo
modo, aunque una máquina realice correctamente las tareas para las que fue diseñada,
el sistema no será acogido satisfactoriamente si no es capaz de comunicar sus logros
de forma inteligible y usable por el usuario. Existe un verdadero interés dentro de la
IPO para conseguir una buena comunicación entre el usuario y la máquina, expresada
en la enorme comunidad de investigadores dedicados al estudio de técnicas que
394 – López, V., Montero, F., Molina, J.P, González, P.
mejoren la usabilidad [12] de una interfaz de usuario. En la actualidad, un ejemplo del
interés que suscita el proceso de comunicación interpersonal y el estudio de las
posibilidades de extrapolar el mismo modus operandi a la comunicación entre
personas y máquinas lo constituye la red de excelencia SIMILAR1.
En la búsqueda de crear interfaces de usuario con alto grado de usabilidad, la
comunidad de investigadores IPO trata de crear IUs que produzcan mejores
sensaciones en el usuario, lo cual implica mejorar la naturalidad de la interacción.
Dicha mejora pasa principalmente por un aumento en la calidad de la comunicación
entre la máquina y el usuario, lo cual ha llevado a la acogida y consideración de
técnicas de IA dentro de la interacción que permiten, entre otras muchas cosas,
proveer respuestas adecuadas a las acciones del usuario. El uso de distintos elementos
de la IA dentro de la IPO ha dado lugar a que se acuñara el concepto de interfaz de
usuario inteligente (IUI).
A lo largo de este artículo se analiza la evolución de las IUs con un cierto grado de
inteligencia, donde la máquina trata de comunicar a través de la interfaz la
información que considera más relevante de forma adecuada. De igual manera, se
analizan las tendencias actuales dentro del campo de investigación de la IA aplicada a
la IPO, para más tarde inferir hacia dónde nos encaminan las actuales investigaciones
en dicho campo. El artículo se ha estructurado bajo el siguiente guión. Inicialmente se
describen los elementos que constituyen una IU habitual, presentado una arquitectura
general para dicho tipo de IU. A continuación se analiza el concepto de IUI,
realizando una revisión histórica de su evolución y las contribuciones que se han
aportado desde la IA, para finalmente proponer una arquitectura general para las IUIs
que soporta la ejecución de aplicaciones creadas a partir del método de diseño de
interfaces de usuario AB-UIDE [17]. El artículo termina ofreciendo una visión de las
tendencias actuales y futuras dentro de la creación de IUIs.
2 Las diferentes caras de una Interfaz de Usuario
Una interesante definición de IU es la que da Negroponte [23] cuando afirma que la
interfaz es el sitio donde los bits y las personas se encuentran. En este sentido, la IU
es la imagen que el usuario percibe de la aplicación, y la manera que el usuario tiene
de establecer una comunicación con la máquina. En el diseño y desarrollo de IU se
han utilizado diferentes estilos de interacción, una de las más exitosas es la de
manipulación directa. Esta manipulación permite al usuario el manejo directo de una
representación gráfica de la aplicación en la pantalla, manejo que puede realizarse de
muy diversas formas. Algunos ejemplos de interfaces de manipulación directa son los
editores de texto, las hojas de cálculo electrónico, los sistemas de administración de
datos espaciales y los videojuegos. El éxito de las interfaces de manipulación directa
es la retroalimentación constante que proporciona sobre la tarea que realiza el usuario.
Una retroalimentación continua sobre los objetos manejados, implica que se pueden
hacer cambios o correcciones de las operaciones con rapidez. De cualquier forma, uno
de los problemas con la manipulación directa es que no siempre todas las tareas
1
http://www.similar.cc
Interfaces de Usuario Inteligentes: Pasado, Presente y Futuro – 395
pueden ser descritas por objetos concretos y no todas las acciones se pueden hacer
directamente. Además, la manipulación directa requiere que el usuario lleve a cabo
todas las tareas y controle todos los eventos lo que puede traducirse en una sobrecarga
cognitiva y en mermas en el grado de usabilidad logrado.
Debido a las limitaciones comentadas, viene introduciéndose un nuevo estilo de
interacción que denominaremos interacción asistida [19] que utiliza la metáfora del
agente que colabora con el usuario en el mismo ambiente de trabajo. En esta estilo de
interacción, el usuario en vez de dirigir la interacción, trabaja en un entorno
cooperativo en que el usuario y los agentes se comunican, controlan eventos y
realizan tareas.
Un agente de interfaz [14] es como un programa que también puede hacer uso de
la IU, pero sin instrucciones explícitas del usuario. El agente de la interfaz lee la
entrada que el usuario presenta en la interfaz y puede hacer cambios en los objetos
que el usuario ve en la pantalla. Los agentes de interfaz son diferentes de los simples
asistentes. Los agentes trabajan en segundo plano y actúan por propia iniciativa,
cuando se presentan situaciones que pueden ser relevantes para el usuario. La
capacidad que se les supone a los agentes será considerada en el siguiente apartado
dedicado a tratar las Interfaces de Usuario Inteligentes (IUI).
Interacción
basada en
agentes
Inteligencia
Artificial
Ingeniería
del Software
Interfaces de
Usuario
Inteligentes
Otras
disciplinas
(psicología,
sociología, ...)
Interacción
Hombre-Máquina
Interfaces
basadas en
modelos
Modelos de
usuario y de
discurso
Búsqueda de
contenidos
(a)
Análisis de
la entrada
Interfaz de
Usuario
Inteligente
Distribución
automática
Generación
de la salida
Diseño de
presentaciones
multimedia
Diseño
automático de
imágenes
Evaluación
empírica
(b)
Fig. 1. (a) Diferentes disciplinas en el desarrollo de interfaces de usuario inteligentes.
(b) Objetivos más habituales en una interfaz de usuario inteligente.
3 Las Interfaces de Usuario Inteligentes
Las IUIs son interfaces hombre-máquina cuyo objetivo es mejorar la eficiencia,
efectividad, y naturalidad de la interacción hombre máquina representando, razonando
o actuando de acuerdo a una serie de modelos (usuario, dominio, tareas, discurso,
contenidos, etc). Ello hace del desarrollo de las IUI un tarea multidisciplinar (véase la
figura 1a), donde las aportaciones pueden venir desde muy diversas direcciones.
Las IUIs, para lograr su principal objetivo y posibilitarlo en diferentes contextos,
deben ser capaces de modelar al usuario, a sus tareas, al entorno en el que el usuario
realice su labor, a la interacción y tener capacidad para analizar las entradas y generar
las salidas de la forma más adecuada [20]. El contexto de uso se suele describir en
función del usuario que esté actualmente usando la aplicación, la plataforma que esté
396 – López, V., Montero, F., Molina, J.P, González, P.
usando para interaccionar (tanto desde el punto de vista hardware como software), y
el entorno físico donde se realiza la interacción (condiciones de luminosidad, ruido,
etc). En [17] también se incluye la tarea actual que el usuario intenta alcanzar en cada
momento dentro de la descripción del contexto de uso.
3.1 La labor de una Interfaz de Usuario Inteligente
En la figura 1b se muestran gráficamente los retos a los que tienen que hacer frente
las IUIs [32] para alcanzar el objetivo general de mejora de la usabilidad del sistema.
En la Fig. 1b podemos identificar cómo se incluyen características humanas tales
como el aprendizaje, la adaptación, el razonamiento, la autocorrección, la mejora
implícita, y la capacidad para modelar el mundo. Todas ellas son labores que
coinciden con los intereses de la IA desde sus comienzos. Muchos de los
investigadores sobre IA sostienen que la inteligencia es un programa capaz de ser
ejecutado independientemente de la máquina que lo ejecute, computador o cerebro.
Y es que cuando un usuario interactúa con un artefacto, dos modelos, el conceptual
del usuario y el de implementación en la máquina, deben equilibrarse. El usuario hace
uso de un lenguaje de acción determinado por los dispositivos de entrada y la
metáfora con la que la IU haya sido elaborada. Por su parte, el artefacto debe analizar
la entrada y responder a la interacción adecuando los contenidos, su presentación y
siendo capaz de evaluar el propio proceso de interacción para actuar si resulta
conveniente [17]. Todos los elementos introducidos tienen influencia en el grado de
usabilidad final que el usuario alcanza con la interacción.
Son muchos los campos en los que la IA aporta técnicas, métodos y propuestas que
resultan muy interesantes en el desarrollo de IUI. En IA hay disponibles métodos que
permiten que un sistema aprenda (por ejemplo, las redes neuronales, las redes
Bayesianas o los algoritmos genéticos), tenga capacidad para representar el
conocimiento (redes semánticas y marcos) o para tomar decisiones (lógica difusa,
sistemas expertos, razonamiento basado en casos, sistemas multi-agente (SMA),
árboles de decisión, etc). Con ellos es posible actuar sobre la IU adaptando (ConCall
[31], Mviews [4]), facilitando su uso (STARZoom [3]), evaluando la interacción
(TaskTracer [6]), simulando comportamientos (Adele) [13], guiando al usuario (AlifeWebGuide) [11] o ayudando al diseñador de IU (Moby-D [25], U-TEL [5], SUPPLE
[10]).
En el desarrollo de productos software, y las IU no son una excepción, la tendencia
predominante desde hace más de una década vienen siendo los entornos de desarrollo
basados en modelos (MB-UIDE) [29]. La idea que subyace en esta tendencia es la de
especificar, de forma declarativa, una serie de modelos en los que se describen las
características del usuario, las tareas, el dominio, la propia interfaz a distintos niveles
de detalle, los dispositivos, etc. Dichos modelos se almacenan en archivos con
formato XML, lenguaje que se ha convertido en verdadera lingua franca de las IUIs
[20]. Las IUs y los sistemas hipermedia se diseñan y desarrollan de esta forma en
estos momentos. La IPO influye en el desarrollo de los IUI incluyendo
consideraciones relacionadas con la usabilidad y la calidad de uso [2] que
necesariamente debe ofrecer la IU [22]. Las metáforas, reseñadas en el segundo
apartado de este artículo, el aumento de la capacidad de procesamiento de los
Interfaces de Usuario Inteligentes: Pasado, Presente y Futuro – 397
sistemas y las nuevas formas de interactuar hacen necesaria nuevas metodologías que
permitan considerar, llegado el momento, objetos de interacción diferentes a los
tradicionales [21].
3.2 Una Arquitectura para interfaces de usuario inteligente
Vistos los requisitos propios de una IUI y las tecnologías que han surgido a lo largo
de estos años para abordarlos, en este apartado se presenta una propuesta de
arquitectura de interfaz de usuario con la que se pretende ilustrar el desarrollo actual
de estas interfaces. Dicha arquitectura sirve como motor de ejecución de las interfaces
de usuario inteligentes diseñadas usando el método de desarrollo de interfaces de
usuario basado en modelos AB-UIDE (Agent-Based User Interface Development
Environment) [17]. La arquitectura propuesta se ilustra en la figura 2.
La arquitectura diseñada presenta dos fuentes de entrada de datos: (1) los
dispositivos de entrada que el usuario usa para interactuar con la aplicación (teclado,
ratón, micrófono, etc), (2) los sensores, los cuales pueden ser tanto basados en
software, por ejemplo para recoger estadísticas sobre el uso de la aplicación y aplicar
técnicas de modelado de usuario, o basados en hardware, de forma que se pueda
informar al sistema sobre ciertos cambios que se produzcan dentro del entorno donde
el usuario está interactuando con la aplicación.
En esta arquitectura la información que el sistema posee, tanto de la propia
aplicación que se está ejecutando como del contexto de uso, se almacena en las bases
de conocimiento. La información sobre la propia aplicación que se está ejecutando es
reunida en su mayor parte durante las distintas etapas de diseño. En nuestro caso el
meta-modelo usado para su almacenamiento es una adaptación del lenguaje basado en
XML para la presentación de interfaces de usuario usiXML2. El conocimiento de la
interfaz de usuario incluye: (1) el modelo de dominio almacena aquellos objetos/datos
que la IU requiere para que el usuario pueda realizar sus tareas, (2) el modelo de
tareas representa aquellas tareas que el usuario podrá realizar a través de la IU, así
como las posibles restricciones temporales que puedan existir entre dichas tareas
usando una notación basada en ConcurTaskTree [24], (3) el modelo abstracto de
interfaz de usuario contiene la interfaz de usuario expresada usando objetos de
interacción abstractos, y por tanto de una manera independiente de la plataforma (un
PC, una PDA, un teléfono móvil, etc) y de la modalidad (gráfica, vocal). Dicho
modelo también relaciona las tareas que el usuario puede realizar a través de la
interfaz con aquellos objetos/datos del dominio necesarios para llevar a cabo dichas
tareas [16], (4) el modelo de interfaz de usuario concreta representa la interfaz de
usuario usando objetos concretos de interacción. En este caso la representación de la
interfaz de usuario sí que es dependiente de la plataforma donde será ejecutada, y
servirá como base para la generación de la interfaz que se ofrecerá al usuario, (5) el
modelo de contexto almacena toda la información referente al contexto de uso que el
sistema es capaz de obtener. Incluye el modelo de usuario, el modelo de plataforma y
el modelo de entorno.
2
http://www.usixml.org
398 – López, V., Montero, F., Molina, J.P, González, P.
a.
b.
c.
El modelo de usuario contiene las características relevantes del usuario para el
sistema (preferencias, capacidades, conocimientos). Dicho modelo es actualizado
aplicando técnicas de modelado de usuario [9] a los datos de entrada capturados
por los sensores.
El modelo de plataforma incluye los datos relevantes para el sistema sobre las
características, tanto software como hardware, de las plataformas donde
potencialmente se puede ejecutar la aplicación. Este modelo también es
actualizado mediante el procesamiento de los datos capturados por los sensores.
Por ejemplo, si el usuario cambia la resolución de la pantalla supone un cambio
en el espacio de visualización disponible para presentar los contenidos, y por lo
tanto seguramente se tenga que cambiar la distribución de los contenidos o los
mismos contenidos.
El modelo de entorno contiene la información sobre el entorno físico donde se
produce la interacción. Obviamente, la cantidad de información potencialmente
recogida del entorno es inmensa, y por lo tanto el diseñador debe especificar qué
información es relevante. De igual manera, la información contenida en este
modelo es también actualizada a través de los datos recibidos por los sensores.
Por último, la historia de interacción contiene un registro de todas las acciones
realizadas por el usuario sobre la IU, permitiendo aplicar principalmente técnicas
de minería de datos o clasificación para inferir nuevos datos sobre el usuario.
Una buena gestión de la interacción supone la utilización de forma eficiente y
efectiva de toda la información almacenada en las bases de conocimiento. La gestión
de la interacción tiene como propósito la adaptación [1] de la IU a distintos usuarios,
plataformas o entornos. Por otra parte, también persigue la generación de contenidos
adecuados al contexto de uso actual. Dichos contenidos serán presentados de la
manera más óptima al usuario usando para ello el motor de adaptación. Por último, el
sistema no sólo debe ser capaz de adaptarse a las condiciones cambiantes del contexto
de uso, sino que debe también ser capaz de permitir la evolución de la aplicación
conforme se vayan presentando cambios en los requisitos del sistema.
El gestor de interacción debe permitir al desarrollador diseñar cómo se debe
producir la interacción, y personalizar la manera en la que los sistemas inteligentes
subyacentes aplican sus heurísticas para alcanzar los objetivos del sistema. En nuestro
caso la arquitectura presentada usa un modelo transformacional basado en la
transformación de gramáticas de grafos, aplicadas sobre una conversión de los
modelos almacenados en las bases de conocimiento en una representación en forma
de grafo. El desarrollador puede describir cómo se realizan las transformaciones
añadiendo nuevas reglas de transformación o modificando las ya existentes. Una
descripción detallada del proceso de transformación usado puede encontrarse en [15].
Una vez aplicado el proceso de transformación el generador de salida (renderer)
transforma el grafo resultante tras la transformación en algo perceptible por el
usuario, es decir, es una representación gráfica, vocal, táctil u otras, o en una
combinación de varias de ellas, por ejemplo, gráfica y vocal simultáneamente.
Para favorecer la distribución de las tareas de la arquitectura entre distintos
componentes y el diseño de la planificación y toma de decisiones del sistema
necesarias para producir una gestión de la adaptación óptima, la arquitectura se ha
diseñado en forma de SMA. La descripción general del SMA utilizado puede
encontrarse en [18].
Interfaces de Usuario Inteligentes: Pasado, Presente y Futuro – 399
Síntesis de voz
Retroalimentación táctil
Generación
Generación de
de la
la salida
salida
Otras formas de salida
Presentación
en pantalla
Representación del
conocimiento
Gestión
Gestión de
de la
la interacción
interacción
Aplicación
Aplicación
Modelo
dominio
Adaptación
Modelo
Tareas
Modelo
Abstracto IU
Generación
de contenidos
Modelo
Concreto IU
Evolución
Intercambio
de datos
Historia de
Interacción
Modelo
Contexto
Procesamiento
Procesamiento yy análisis
análisis
de
de los
los datos
datos de
de entrada
entrada
Dispositivos de
entrada
Modelo usuario
Modelo plataforma
Modelo entorno
Procesamiento
Procesamiento yy análisis
análisis
del
del contexto
contexto de
de uso
uso
Sensores
Fig. 2. Arquitectura general de una interfaz de usuario inteligente.
4 Mirando al futuro: retos actuales
El desarrollo de IU presenta en la actualidad desafíos comunes a los que encontramos
en la IA. En el campo de la interacción persona-ordenador es bien sabido que la
interfaz ideal es aquella que no existe, pero también se asume que, hoy en día, resulta
ineludible la presencia de un intermediario entre las intenciones del usuario y su
ejecución. No importa cuán intuitiva sea la interfaz, estará allí e impondrá una carga
cognitiva al usuario.
El ordenador del futuro, según A. van Dam o T. Furness [7], será un mayordomo
perfecto, quien conoce mi entorno, mis gustos y mi manera de ser, y de forma discreta
se adelanta a mis necesidades sin precisar órdenes explícitas. Cuando el usuario se
comunica con este mayordomo, lo hace principalmente mediante el habla, gestos,
expresiones faciales y otras formas de comunicación humana, como el dibujo de
bosquejos. Este hecho de poder ofrecer artefactos que puedan aprender, crear y
comunicarse de igual a igual con una persona es un anhelo que la IA tiene desde sus
inicios, hace ahora 50 años.
Para hacer realidad esta visión, algunos agentes necesitarán interpretar los gestos y
expresiones a través de técnicas de visión por computador, o procesar la voz con
técnicas de reconocimiento y comprensión del lenguaje natural. La inteligencia
400 – López, V., Montero, F., Molina, J.P, González, P.
artificial y los sistemas basados en el conocimiento serán la base del motor de
inferencia de los agentes, que determinará sus salidas. Al dirigirse al usuario, el
agente deberá hacerlo de manera educada, y posiblemente deberá modular sus
acciones de acuerdo al estado y humor del usuario en cada momento.
Los retos de esta tecnología pueden encuadrarse, por lo tanto, en las áreas de
entrada, inferencia y respuesta, y más concretamente en la interpretación de los
lenguajes de expresión humana, en la representación y gestión del conocimiento del
entorno y, finalmente, la comprensión del ser humano como ser social.
5 Conclusiones
En la actualidad los productos software tienen la capacidad de ofrecernos
información, entretenernos y facilitar nuestro trabajo, pero también pueden
entorpecerlo si la IU que nos ofrecen es limitada o difícil de utilizar. En este artículo
se ha pretendido mostrar entonces cómo diferentes técnicas de distintas disciplinas,
concretamente la IA, la IS y la IPO, se han ido agregando a lo largo de estos años para
contribuir en conjunto a crear una experiencia satisfactoria para el usuario,
aumentando el grado de inteligencia, sofisticación y usabilidad de las mismas.
Para ilustrar las exigencias del desarrollo actual de interfaces inteligentes, en este
artículo se ha presentado también una arquitectura que permite la especificación y
desarrollo de IUs capaces de tener en cuenta al usuario, a las tareas que tiene que
realizar, el entorno en el que el usuario trabaja y el dispositivo con el que el usuario
desempeña su labor. El principal objetivo de la arquitectura presentada es facilitar la
comunicación teniéndose en cuenta para ello consideraciones relacionadas con la
usabilidad de la interfaz finalmente proporcionada y ofreciéndose la posibilidad de
que la IU se adapte en tiempo de ejecución considerándose los factores antes
reseñados.
En el futuro puede que la interfaz del ordenador sea tan natural como conversar
con otra persona. No debe olvidarse en ese camino que el objetivo que se persigue en
la IPO es reducir al mínimo la distancia cognitiva entre el usuario y su tarea, haciendo
que la interfaz se diluya hasta hacerse invisible. Pero, sin duda, este camino no lo
podrá recorrer la IPO sin el avance de la IA.
Agradecimientos
Este trabajo está financiado en parte por los proyectos de la Junta de Comunidades de
Castilla-La Mancha PBC-03-003 y PCC05-005-1, y el proyecto CICYT TIN200408000-C03-01. También agradecer le apoyo recibido de la red de excelencia SIMILAR
(http://www.similar.cc), el grupo de trabajo europeo que persigue la creación de una
interacción persona-ordenador similar a la comunicación humana.
Interfaces de Usuario Inteligentes: Pasado, Presente y Futuro – 401
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